專(zhuān)利名稱(chēng)：高顯指led集成光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體固體照明技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于現(xiàn)有集成封裝(包括COB等其它多芯片集成封裝)工藝及設(shè)備的高顯指LED集成光源。
背景技術(shù)：
光源對(duì)物體的顯色能力稱(chēng)為顯色性，顯色性采用顯色指數(shù)(CRI)來(lái)表征。中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“光源顯色性評(píng)價(jià)方法GB/T5702-2003”以及CIE等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了光源顯色指數(shù)類(lèi)似的評(píng)價(jià)方法，為了檢驗(yàn)物體在待測(cè)光源下所顯現(xiàn)的顏色與在參照光源下所顯現(xiàn)的顏色相符的程度，采用“一般顯色性指數(shù)Ra”作為定量評(píng)價(jià)指針，顯色性指數(shù)最高為100。顯色性指數(shù)的高低，表示物體在該光源下“變色”和“失真”的程度。能正確表現(xiàn)物質(zhì)本來(lái)的顏色需使用顯色指數(shù)(CRI)高的光源，其數(shù)值接近100，顯色性最好，這樣的光源具有比較完整、均勻、連續(xù)光譜，當(dāng)光源光譜中很少或缺乏被照物體的某些顏色光譜時(shí)，被照物體反射光顏色會(huì)產(chǎn)生明顯的色移，色差程度也越大，光源對(duì)該色的顯色性越差，光源的顯色指數(shù)就低。目前，白光大功率LED具有極高的發(fā)光效率，商用IW的LED已做到1301m/W左右的光效，LED集成光源或者COB封裝光源光效也可做到1001m/W及以上，高的光效意味著LED燈更節(jié)能，更有市場(chǎng)前景。但普遍地高光效LED (色溫在4500K以上)，其顯色指數(shù)較低，普遍RaS 70，無(wú)法滿足光效室內(nèi)等更廣闊商業(yè)照明領(lǐng)域應(yīng)用。美國(guó)能源之星標(biāo)準(zhǔn)明確要求室內(nèi)LED照明產(chǎn)品，顯指必須大于85。低顯色指數(shù)這一缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約了 LED的市場(chǎng)發(fā)展。高光效和高顯色性是LED光源的關(guān)鍵，LED光源的高光效(彡1001m/ff)和高顯色指數(shù)(Ra ^ 90)且符合照明環(huán)境或照明作業(yè)對(duì)象的白光LED光源才是最好的光源?，F(xiàn)有的高顯色指數(shù)(Ra ^ 85) LED燈具，一類(lèi)是通過(guò)LED熒光粉改進(jìn)顯色指數(shù)，但卻使LED光源光效降低，普遍為80 Im /W，另一類(lèi)是采用三基色原理，每顆LED內(nèi)封裝分路驅(qū)動(dòng)控制的紅、綠、藍(lán)三色LED，配合發(fā)出高顯指白光。由于紅綠藍(lán)三色需要分路驅(qū)動(dòng)控制，使燈具驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜化，極大增加了燈具成本，制約了這類(lèi)燈具的普及。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于現(xiàn)有LED集成光源封裝工藝及設(shè)備的高顯指LED集成光源，其能同時(shí)滿足高顯色指數(shù)和高光效的要求，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作成本低廉
MTv ο實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)解決方案為一種高顯指LED集成光源，包括串聯(lián)的多個(gè)藍(lán)光LED芯片，還包括紅光和/或綠光LED芯片，所述紅光和/或綠光LED芯片與所述藍(lán)光LED芯片串聯(lián)。作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，所述藍(lán)光、紅光、綠光LED芯片的個(gè)數(shù)比例為15 3 O0作為本實(shí)用新型的又一優(yōu)選方案，所述藍(lán)光、紅光、綠光LED芯片的個(gè)數(shù)比例為18 :2 0o作為本實(shí)用新型的再一優(yōu)選方案，所述藍(lán)光、紅光、綠光LED芯片的個(gè)數(shù)比例為30 4 :1。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)I、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單不增加驅(qū)動(dòng)線路，兼容現(xiàn)有流行驅(qū)動(dòng)方式。2、、制作方便、造價(jià)低廉，便于推廣利用現(xiàn)有LED集成及COB封裝工藝及設(shè)備，在藍(lán)光LED芯片中，巧妙串入紅光LED芯片進(jìn)行主要補(bǔ)償，輔以綠光LED芯片補(bǔ)償，提高白光集成及COB封裝LED光源顯色指數(shù)。
3、同時(shí)具有高顯色指數(shù)和高光效；用于補(bǔ)償?shù)募t光和綠光LED芯片，選用與藍(lán)光LED芯片相當(dāng)功率、相近驅(qū)動(dòng)電流的芯片，這樣LED光源應(yīng)用中，既發(fā)揮LED的高光效，又提高整體顯色指數(shù)，使Ra > 90。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
圖I是白熾燈、熒光燈、日光的光譜比較示意圖。圖2是現(xiàn)有的典型冷白光LED發(fā)光光譜示意圖。圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例I采用紅光LED補(bǔ)償后的60W LED集成光源模塊示意圖。圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例I采用紅光LED補(bǔ)償后的60W LED集成光源光譜圖。圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例2的紅光和綠光LED補(bǔ)償?shù)?0W陶瓷COB光源模塊正面示意圖。圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例2的紅光和綠光LED補(bǔ)償?shù)?0W陶瓷COB光源模塊背面
示意圖。圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例3同時(shí)包括紅光和綠光LED補(bǔ)償?shù)腎Ow鋁基板COB光源模塊示意圖。圖中，無(wú)標(biāo)識(shí)的為藍(lán)光LED芯片，內(nèi)帶圓圈標(biāo)識(shí)的為紅光LED芯片，內(nèi)帶方框標(biāo)識(shí)為綠光LED芯片。
具體實(shí)施方式
一種高顯指LED集成光源，包括串聯(lián)的多個(gè)藍(lán)光LED芯片(無(wú)標(biāo)識(shí))，還包括紅光LED芯片(圓圈標(biāo)識(shí))和/或綠光LED芯片(方框標(biāo)識(shí))，所述紅光LED芯片(圓圈標(biāo)識(shí))和/或綠光LED芯片(方框標(biāo)識(shí))與所述藍(lán)光LED芯片(無(wú)標(biāo)識(shí))串聯(lián)。圖I為顯色指數(shù)大于85的三種光源光譜圖，其中日光和白熾燈光源顯色指數(shù)接近100。觀察三者光譜，除熒光燈外，在可見(jiàn)光范圍內(nèi)光譜連續(xù)且比較均勻，特別是日光光譜，可見(jiàn)光波長(zhǎng)400nm-700nm之間輻射能量幾乎連續(xù)均勻分布，因此無(wú)論照射在什么顏色的物體上，物體反射光的光譜都具有足夠的強(qiáng)度來(lái)顯色。同圖I中三者光譜相比，圖2現(xiàn)有的典型冷白光LED發(fā)光光譜是不連續(xù)光譜，在630nm-700nm處的紅光區(qū)域強(qiáng)度很弱，在490nm附近的藍(lán)綠光區(qū)域也相對(duì)較弱，當(dāng)這種光照射到紅顏色物體上時(shí)，只會(huì)顯示暗紅色，不能如實(shí)反映出物體本身的顏色，顯色性較差，因此其顯色指數(shù)比較低。比對(duì)可知，只有設(shè)法補(bǔ)償白光LED光譜中自身所缺失的光譜段，才能使整體光源光譜均勻連續(xù)，提高顯色性。對(duì)于LED光源，只能從其它顏色LED (不同分布光譜LED)考慮補(bǔ)償，這樣制作工藝及驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)才容易兼容，可操作性強(qiáng)。商用藍(lán)色、綠色、黃色、紅色等彩色LED發(fā)光光譜，主波長(zhǎng)分別是465nm-485nm的藍(lán)光LED光譜、520nm_535nm的綠光LED光譜、585nm-595nm的黃色LED光譜，以及610nm_630nm紅光LED光譜。白光LED光譜中在620nm-700nm處的紅光區(qū)域強(qiáng)度很弱，需要補(bǔ)償紅色光譜，在490nm附近的藍(lán)綠光區(qū)域也相對(duì)較弱，但光譜段較短，這對(duì)顯色性影響有限，且綠光LED光譜主波長(zhǎng)為535nm，在535nm時(shí)冷白光LED光譜相對(duì)輻射還比較強(qiáng)，所以整體首先需要考慮對(duì)紅色630nm補(bǔ)償。紅光LED光譜能量分布為620nm-630nm集中分布，集中能量的光譜寬度大約IOnm,而白光LED光譜能量分布從430nm_600nm之間比較集中，平均相對(duì)強(qiáng)度O. 4，那么補(bǔ)償時(shí)，假設(shè)630nm紅光從零補(bǔ)償?shù)絆. 4相對(duì)強(qiáng)度，那么需要紅光LED能量大約為IOnm +(600nm-430nm)=5. 5%，所以在補(bǔ)償?shù)臒艟週ED矩陣中，需要占總功率5%左右的紅光LED，才能達(dá)到頻譜補(bǔ)償目的，從而提高整體LED矩陣的顯色指數(shù)。附表，三基色白光中，紅綠藍(lán)光光學(xué)功率分?jǐn)?shù)[0031 ] 與色溫CCT和顯色指數(shù)Ra關(guān)系
光學(xué)功率分?jǐn)?shù)CCT/KRa
(B-G-R)
10-32-58293593
12-33-55306293
14-34-52335193
19-35-46397393
29-36-35561693
35-37-28756190分析冷白光LED光源光譜特點(diǎn)，藍(lán)光區(qū)能量分布充足，綠光區(qū)光譜分布相對(duì)均勻，但峰值較藍(lán)光弱。那么，相對(duì)功率從0%到30%補(bǔ)償紅光，結(jié)合相對(duì)功率從0%到10%輔助補(bǔ)償綠光，就可以調(diào)節(jié)整體光源的色溫及顯色指數(shù)，顯色指數(shù)Ra從70可以提升到90以上?，F(xiàn)有LED集成光源封裝工藝流程大體是基板(C0B用鋁基覆銅板，集成用銅基板)一藍(lán)光芯片固晶一打互聯(lián)金線一噴熒光粉一灌涂硅膠；其中關(guān)鍵工藝為藍(lán)光芯片固晶及噴熒光粉(噴藍(lán)光激發(fā)成白光的熒光粉)，這決定了光源的光效、色溫、及顯色指數(shù)。在固晶工序中，采用相當(dāng)功率的LED紅光或綠光芯片，替換相應(yīng)數(shù)量及位置的藍(lán)光芯片，實(shí)現(xiàn)提高LED集成與COB光源顯指的數(shù)值。由于LED紅光或綠光芯片對(duì)藍(lán)光熒光粉激發(fā)效應(yīng)可以忽略(也可選擇性對(duì)紅光芯片、綠光芯片不噴粉)，這樣噴粉及后續(xù)工藝按原有工藝操作，立足于現(xiàn)有工藝及設(shè)備，就能夠很容易得到本實(shí)用新型的光源，而不需要增加新的工藝及設(shè)備。實(shí)施例I[0037]如圖3所示，圖中帶圈的為紅光LED，其余為藍(lán)光LED。15顆藍(lán)光LED和3顆均勻分布的紅光芯片串聯(lián)為一個(gè)串，再2串并聯(lián)，這樣，30顆工作流不小于500mA的藍(lán)色LED芯片和6顆不小于500mA紅色LED芯片共同組成18串X2并LED芯片矩陣，不僅實(shí)現(xiàn)紅光補(bǔ)償，也不需增加紅光獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電路。制作時(shí)，所有芯片固晶到標(biāo)準(zhǔn)集成光源銅支架上，打線后，再?lài)姛晒夥郏抗喙枘z，就做成帶紅光補(bǔ)償用，最大到60W輸出的LED集成光源。整個(gè)工藝，除用6顆相當(dāng)功率紅光芯片替代藍(lán)光芯片外，完全與集成光源制作老工藝相同，而且不增加額外驅(qū)動(dòng)電路，完全兼容已選驅(qū)動(dòng)電源。這樣利用原有工藝，輕松實(shí)現(xiàn)參數(shù)為90的高顯指要求；同時(shí)一般情況下，紅光芯片較藍(lán)光激發(fā)成白光芯片有更高光效，所以整個(gè)光源光效會(huì)比未補(bǔ)償時(shí)要高，這樣也同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高光效。圖4為實(shí)施例I補(bǔ)償紅光后光源的光譜圖，可以看出，紅光區(qū)得到明顯補(bǔ)償。16%·左右紅光補(bǔ)償，可以將顯色指數(shù)由70提高到90以上，而整體光效仍能保持100 lm/ff以上(以白光LED光效100 lm/ff,紅光LED光效1001m/W基礎(chǔ)計(jì)算)。實(shí)施例2圖5是本實(shí)施例的紅光和綠光LED補(bǔ)償?shù)?0W陶瓷COB光源模塊正面示意圖。圖6是本實(shí)施例的紅光和綠光LED補(bǔ)償?shù)?0W陶瓷COB光源模塊背面示意圖。方格金屬化利于SMT焊接。如圖5所示，帶圈的為紅光LED芯片，其余為藍(lán)光LED芯片。采用長(zhǎng)寬20mmX 20mm、厚度O. 5mm氮化鋁陶瓷基板，圍壩結(jié)構(gòu)，包括18顆45mil藍(lán)光芯片和2顆45mil紅光芯片，制作20W陶瓷COB封裝光源。制作與常規(guī)工藝相同，除用2顆相當(dāng)功率紅光芯片替代藍(lán)光芯片固晶外，打線、噴粉、涂膠按次操作，制作出高顯指高光效陶瓷COB光源，采用全串聯(lián)方式，也完全兼容原有驅(qū)動(dòng)線路。實(shí)施例3圖7是本實(shí)施例同時(shí)包括紅光和綠光LED補(bǔ)償?shù)腎Ow鋁基板COB光源模塊示意圖。如圖7所示，帶圈的為紅光LED芯片，方塊為綠光LED芯片，其余為藍(lán)光LED芯片。為IOw以內(nèi)球泡LED燈光源設(shè)計(jì)，采用長(zhǎng)寬36mmX36mm、厚度2. Omm的鋁基覆銅板做基板，圍壩構(gòu)造，均選用O. 3W(24mil左右)芯片，藍(lán)光芯片紅光芯片綠光芯片按照30顆4顆I顆的比例來(lái)固晶，全部串聯(lián)打線，噴粉、涂膠。制作出的室內(nèi)球炮燈光源顯指高達(dá)90，且按當(dāng)下芯片水平，光源光效很容易做到1201m/w以上。同時(shí)采用全串聯(lián)方式，也完全兼容現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)線路。
權(quán)利要求1.一種高顯指LED集成光源，包括串聯(lián)的多個(gè)藍(lán)光LED芯片，還包括紅光和/或綠光LED芯片，其特征在于所述紅光和/或綠光LED芯片與所述藍(lán)光LED芯片串聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高顯指LED集成與COB光源，其特征在于所述藍(lán)光、紅光、綠光LED芯片的個(gè)數(shù)比例為15 :3 :0。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高顯指LED集成光源，其特征在于所述藍(lán)光、紅光、綠光LED芯片的個(gè)數(shù)比例為18 2 :0。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高顯指LED集成光源，其特征在于所述藍(lán)光、紅光、綠光LED芯片的個(gè)數(shù)比例為30 :4 :1。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種高顯指LED集成光源，包括串聯(lián)的多個(gè)藍(lán)光LED芯片，還包括紅光和/或綠光LED芯片,所述紅光和/或綠光LED芯片與所述藍(lán)光LED芯片串聯(lián)。本集成光源基于現(xiàn)有封裝工藝及設(shè)備，同時(shí)滿足高顯色指數(shù)和高光效的要求，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作成本低廉。
文檔編號(hào)F21V19/00GK202601611SQ20122020400
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者于忠, 邢先鋒, 張潤(rùn)強(qiáng) 申請(qǐng)人:常熟工大工業(yè)科技有限公司